CN116906533A - 间隙自填充的内花键与光轴过盈连接结构及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内花键与光轴过盈连接结构及其加工方法，它包括具有内花键齿、由硬质金属材料制成的齿轮和由软质金属材料制成的光轴；齿轮同轴过盈配合固定于光轴上，光轴的表面金属通过塑性变形流动填充至齿轮的内孔周向相邻两个内花键齿之间的齿槽内，光轴的周向表面均匀间隔形成与内花键齿过盈配合的凹槽。本发明通过齿轮与光轴的过盈压装的方法，保证了二者过盈配合的质量，经过热处理后的两个零件配合过盈面的精加工工艺性和压装过程的质量稳定性均得到提高。对于齿轮内花键齿的质量要求可降低。压装后的质量和产品性能均得到提高。压装前两个零件容易对中，能够实现自动化上下料，提高了压装工序的生产效率，有效降低了总体制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及，具体地指一种间隙自填充的内花键与光轴过盈连接结构及其加工方法。
背景技术
现有的花键过盈连接结构有如下几种形式：一、内外花键齿侧过盈连接结构，即通过花键全齿齿侧的硬齿面过盈配合实现定心和传递扭矩的功能，由一个热处理淬透的高硬度内花键零件和另一个热处理淬透的高硬度外花键零件通过齿侧过盈配合组成，内外花键齿的端面无导向倒角。二、S型内花键与外花键过盈连接结构，即内花键中有四个均布的花键齿的压力角和齿槽宽度比其它齿均小，内花键其它齿的齿根直径尺寸小于外花键的齿顶直径，致使四个齿的齿侧过盈，其它齿的齿根和齿顶过盈配合，另外，压装后的合件端部配置有止推卡环。三、内外花键间隙内具有填充物的花键过盈连接结构，参见专利CN105864301A《花键连接结构及其花键连接方法》，通过在内花键、外花键间放入具备液态变成固态特性的物质，消除花键连接结构中存在的间隙的缺陷，以提高花键连接的精度、传动性能和花键连接结构的使用寿命。
上述结构一中，由于花键齿侧面热处理后的精加工工艺性差(成本高通常不加工)，故内外齿在压装的过程中或压装在一起之后，因花键热处理变形的原因过盈量不稳定，不可避免出现如下质量问题：1、由于压装力波动大稳定性难于控制；2、由于过盈量过大，零件压装不到端面的贴合位置而报废；3、由于过盈量较大，压装力超上限，造成花键副内应力过大或产生裂纹的风险；4、由于过盈量较小，压装力超下限，达不到产品压装力的设计要求而成为不合格品，甚至由于过盈量过小，压装力接近于零，造成松脱失效；5、压装后齿轮精度变差，即花键过盈配合的这一段(或这一端)的圆柱中心线与压装前的零件中心线不同心，故压装前已经精加工合格的齿轮参数质量在压装后变化为不合格；6、压装过程易产生表面切割碎屑，由于内外花键齿侧的端面无倒角过渡，齿侧在压入前的对中性极差，因而产生齿侧的空间偏斜而相互剪切形成碎屑，不仅降低了过盈量，而且碎屑影响清洁度。上述结构二中，无论是内花键的四个S齿齿侧硬齿面过盈配合还是内花键其它齿齿顶硬齿面过盈配合，只要热处理后的配合面不加工，必有上述因热变形造成的压装力不稳定和破坏压装前精加工质量的风险。而且，由于零件端部配置有卡环和卡环槽，增加了制造总成本。上述结构三中，由于使用胶状液体，增加了产品的组成件品种和成本；并且液体固化需要时间，组合件不能及时进行工序流转，不利于生产组织管理；此外，固化后的胶状物存在脱落的可能，有堵塞减速箱润滑油过滤系统的风险。
发明内容
本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种可以保证加工精度、具有间隙填充结构且满足装配要求的间隙自填充的内花键与光轴过盈连接结构及其加工方法。
为实现此目的，本发明所设计的间隙自填充的内花键与光轴过盈连接结构，它包括具有内花键齿、由硬质金属材料制成的齿轮和由软质金属材料制成的光轴；所述齿轮同轴过盈配合固定于所述光轴上，所述光轴的表面金属通过塑性变形流动填充至所述齿轮的内孔周向相邻两个所述内花键齿之间的齿槽内，所述光轴的周向表面均匀间隔形成与所述内花键齿过盈配合的凹槽。
进一步的，所述齿轮和所述光轴上分别设置有可相互配合、引导所述齿轮同轴套装至所述光轴上的齿轮导向结构和光轴导向结构。
进一步的，所述齿轮导向结构包括所述齿轮的内花键齿顶表面表面，其为前端窄后端宽的锥形导向面；所述光轴导向结构包括与所述齿轮的内花键齿顶表面表面过盈配合的所述光轴表面，其为导向锥面。
进一步的，所述硬质金属材料的HV1为680～720；所述软质金属材料的HV1为350～390。本发明中硬质金属和软质金属可通过同一种金属材料经过不同的热处理工艺得到。
进一步的，所述锥形导向面的锥度为0.25°～0.35°；所述内花键齿顶表面与所述光轴的中间截面的过盈量为0.18mm～0.22mm。
更进一步的，基于上述所述的间隙自填充的内花键与光轴过盈连接结构的加工方法，包括以下步骤：
步骤一：加工齿轮的内花键齿顶表面和内花键齿；
步骤二：加工光轴表面；
步骤三：压装光轴至齿轮的内孔中；
步骤四：检测齿轮与光轴装配是否合格。
进一步的，所述步骤一中加工齿轮的内花键齿顶表面和内花键齿的方法是：将所述齿轮的内花键齿顶表面车削成锥度为0.3°的锥面，拉削或插削加工所述齿轮的内花键齿，对所述齿轮进行热处理，磨削所述齿轮的内花键齿顶表面和后端面，使所述齿轮的内花键齿顶表面的中截面的直径尺寸公差在0.02mm内，使所述齿轮的后端面与所述齿轮前端面的轴向尺寸公差在0.05mm以内。
进一步的，所述步骤二中加工光轴表面分方法是：在所述光轴与所述齿轮过盈配合的表面预留径向和轴向的2.5mm厚的单向去渗碳层，对所述光轴进行热处理后，车削所述单向去渗碳层，使所述光轴与所述齿轮过盈配合的表面的外圆尺寸公差在0.02mm内。
进一步的，所述步骤三中压装齿轮至光轴上的方法是：将所述齿轮平放到压装工作台上，将所述光轴前端同轴放置于所述齿轮的内孔中，通过压床的压头下压所述光轴的后端面，由位移传感器和压力传感器控制压装过程，使压床的压头下压力保持在30KN±5KN的范围内，直至所述光轴压装至所述齿轮的内孔中。
更进一步的，所述步骤四中检测齿轮与光轴装配是否合格的方法是：比较所述齿轮压装前后的螺旋线倾斜偏差fHβ值，若所述齿轮压装前后的螺旋线倾斜偏差fHβ值的变化量不超过3um则合格，反之则不合格。
本发明的有益效果是：本发明通过齿轮与光轴的过盈压装的方法，保证了二者过盈配合的质量，经过热处理后的两个零件配合过盈面的精加工工艺性和压装过程的质量稳定性均得到提高。对于齿轮内花键齿的质量要求可降低，更容易保证加工质量。压装后的质量和产品性能均得到提高。压装前两个零件容易对中，能够实现自动化上下料，提高了压装工序的生产效率，有效降低了总体制造成本。
附图说明
图1为本发明中齿轮与光轴过盈配合的轴向剖视图；
图2为本发明中齿轮与光轴过盈配合的径向剖视图；
图3为图2中A处放大图；
图4为本发明中齿轮的轴向剖视图；
图5为本发明中光轴的半剖视图；
其中，1—内花键齿，2—齿轮，3—光轴，4—内花键齿顶表面，5—齿槽，6—单向去渗碳层，7—齿轮贴合端面，8—光轴贴合端面，9—导向锥面，10—软质金属。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1—5所示的间隙自填充的内花键与光轴过盈连接结构，包括具有内花键齿1、由HV1为700的硬质金属材料制成的齿轮2和由HV1为370的软质金属材料制成的光轴3；齿轮2同轴过盈配合固定于光轴3上，光轴3的表面金属通过塑性变形流动填充至齿轮2的内孔周向相邻两个内花键齿1之间的齿槽5内，光轴3的周向表面均匀间隔形成与内花键齿1过盈配合的凹槽。齿轮2的内花键齿顶表面4为前端窄后端宽的锥形导向面，锥形导向面的锥度为0.3°；光轴3与齿轮2过盈配合的表面为导向锥面9。内花键齿顶表面4与光轴3的中间截面的过盈量为0.2mm。
基于上述的间隙自填充的内花键与光轴过盈连接结构的加工方法，包括以下步骤：
步骤一：将齿轮2的内花键齿顶表面4车削成锥度为0.3°的锥面，拉削或插削加工齿轮2的内花键齿1，对齿轮2进行热处理，磨削齿轮2的内花键齿顶表面4和后端面，使齿轮2的内花键齿顶表面4的中截面的直径尺寸公差在0.02mm内，使齿轮2的后端面与齿轮2前端面的轴向尺寸公差在0.05mm以内。
步骤二：在光轴3与齿轮2过盈配合的表面预留径向和轴向的2.5mm厚的单向去渗碳层6，对光轴3进行热处理后，车削单向去渗碳层6，使光轴3与齿轮2过盈配合的表面的外圆尺寸公差在0.02mm内。
步骤三：将齿轮2平放到压装工作台上，将光轴3前端同轴放置于齿轮2的内孔中，通过压床的压头下压光轴3的后端面，由位移传感器和压力传感器控制压装过程，使压床的压头下压力保持在30KN±5KN的范围内，直至光轴3压装至齿轮2的内孔中。
步骤四：比较齿轮2压装前后的螺旋线倾斜偏差fHβ值，若齿轮2压装前后的螺旋线倾斜偏差fHβ值的变化量不超过3um则合格，反之则不合格。
本发明的花键过盈连接结构，采用的是齿轮2的锥形内花键硬齿顶面与光轴3的软圆柱面的过盈连接形式，未采用花键齿硬齿侧面过盈压装的方式，取消了合件端部的止推卡环，由于软质金属能够自动填充锥形内花键齿顶面与光轴软圆柱面间的径向间隙，故不需要预涂胶状液体方式填充花键间间隙。具体的，本发明是由一个热处理淬透的高硬度锥形内花键齿顶与另一个硬度低软光滑的圆柱面零件通过过盈配合压装的方法来实现两个零件的定心配合和传递扭矩的功能。
齿轮2的内花键结构特点和加工工艺：内花键齿顶的包络轮廓成锥形体，靠外端的直径较小，内花键的锥体齿顶圆在中心驱动的内圆磨床上进行精加工，并同时磨削靠里端的压装端面；由于热处理后花键齿被淬火硬透，故内花键齿1的齿顶面磨削后保持了原有HV1为700左右的硬度。
过盈配对的轴件结构特点和加工工艺：轴件的过盈配合面是光轴软圆柱体表面，其上没有外花键齿；在该轴件的过盈配合圆柱面上，热处理前已经预留了可切除的热处理的单向去渗碳层6，热处理后通过硬车工序切除淬硬层，形成HV1为370左右的软质过盈配合圆柱面，并同时车削与齿轮贴合端面7压装配合的光轴贴合端面8。
压装过程及其特点：光轴3的导向锥面9和锥形的内花键齿顶表面4配合有利于压装前的定位、导向和自定心，无空间偏斜现象。内花键齿1齿顶的硬齿面在光轴3的软圆柱面上，靠过盈挤压出与内花键齿1相同齿数的沟痕，满足扭矩的传递。内花键齿顶的锥形结构，保障了压装过程中整个过盈配合长度上的每一个截面，均有轴件上软质金属的塑形流动，以便能自动填充内花键齿顶与前一光轴截面已形成的沟槽间的间隙。由于软质光轴的材料实时弹性和塑形变形，以及两个零件对中性良好的原因，将无材料剪切碎屑生成，后端的端部金属材料将延展到退刀槽中。解决了压装力波动大不稳定的质量问题，由于对两个过盈配合面均进行了精加工，过盈量的范围易于控制。
本发明解决了压装后前序加工质量变差的问题：由于新技术压装过程平顺的自导向的优势，两个零件的同心性得到保障，另由于花键齿槽容纳了软质光轴的材料塑形变形，将拟制光轴3的整体变形，故将不改变前序已加工要素的质量。解决了压装前的花键对中难不能实施自动化上下料的问题：锥形大直径的内花键齿顶和带锥度角的圆柱端面，容易实现两个零件自定心导向，规避了内花键齿侧和外花键齿侧无倒角的情况下的对齿难问题，有利于实施自动化上下料。解决了压装后出现刮切碎屑的问题：由于两个零件间定位、导向和自定心性能，以及硬质齿顶仅造成软质圆柱面的塑形变形的原因，不会产生刮削碎屑现象，也避免了在硬质花键内齿上产生较大的内应力和裂纹现象。解决了压装后端可能出现间隙的风险：由于锥形的内花键齿顶形状，使得形成实时的过盈和塑性变形，整个配合长度上的间隙得以自动填充。解决了传递扭矩不足的问题：由于硬花键内齿面在软圆柱面上形成了挤压沟痕，只要过盈量合适，就不必担心零件间的打滑。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构做任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种间隙自填充的内花键与光轴过盈连接结构，其特征在于：它包括具有内花键齿(1)、由硬质金属材料制成的齿轮(2)和由软质金属材料制成的光轴(3)；所述齿轮(2)同轴过盈配合固定于所述光轴(3)上，所述光轴(3)的表面金属通过塑性变形流动填充至所述齿轮(2)的内孔周向相邻两个所述内花键齿(1)之间的齿槽(5)内，所述光轴(3)的周向表面均匀间隔形成与所述内花键齿(1)过盈配合的凹槽。
2.如权利要求1所述的间隙自填充的内花键与光轴过盈连接结构，其特征在于：所述齿轮(2)和所述光轴(3)上分别设置有可相互配合、引导所述齿轮(2)同轴套装至所述光轴(3)上的齿轮导向结构和光轴导向结构。
3.如权利要求2所述的间隙自填充的内花键与光轴过盈连接结构，其特征在于：所述齿轮导向结构包括所述齿轮(2)的内花键齿顶表面(4)表面，其为前端窄后端宽的锥形导向面；所述光轴导向结构包括与所述齿轮(2)的内花键齿顶表面(4)表面过盈配合的所述光轴(3)表面，其为导向锥面(9)。
4.如权利要求1所述的间隙自填充的内花键与光轴过盈连接结构，其特征在于：所述硬质金属材料的HV1为680～720；所述软质金属材料的HV1为350～390。
5.如权利要求3所述的间隙自填充的内花键与光轴过盈连接结构，其特征在于：所述锥形导向面的锥度为0.25°～0.35°；所述内花键齿顶表面(4)与所述光轴(3)的中间截面的过盈量为0.18mm～0.22mm。
6.一种基于上述权利要求1—5中任意一项所述的间隙自填充的内花键与光轴过盈连接结构的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：加工齿轮(2)的内花键齿顶表面(4)和内花键齿(1)；
步骤二：加工光轴(3)表面；
步骤三：压装光轴(3)至齿轮(2)的内孔中；
步骤四：检测齿轮(2)与光轴(3)装配是否合格。
7.如权利要求6所述的间隙自填充的内花键与光轴过盈连接结构的加工方法，其特征在于：所述步骤一中加工齿轮(2)的内花键齿顶表面和内花键齿(1)的方法是：将所述齿轮(2)的内花键齿顶表面(4)车削成锥度为0.3°的锥面，拉削或插削加工所述齿轮(2)的内花键齿(1)，对所述齿轮(2)进行热处理，磨削所述齿轮(2)的内花键齿顶表面(4)和后端面，使所述齿轮(2)的内花键齿顶表面(4)的中截面的直径尺寸公差在0.02mm内，使所述齿轮(2)的后端面与所述齿轮(2)前端面的轴向尺寸公差在0.05mm以内。
8.如权利要求6所述的间隙自填充的内花键与光轴过盈连接结构的加工方法，其特征在于：所述步骤二中加工光轴(3)表面分方法是：在所述光轴(3)与所述齿轮(2)过盈配合的表面预留径向和轴向的2.5mm厚的单向去渗碳层(6)，对所述光轴(3)进行热处理后，车削所述单向去渗碳层(6)，使所述光轴(3)与所述齿轮(2)过盈配合的表面的外圆尺寸公差在0.02mm内。
9.如权利要求6所述的间隙自填充的内花键与光轴过盈连接结构的加工方法，其特征在于：所述步骤三中压装齿轮(2)至光轴(3)上的方法是：将所述齿轮(2)平放到压装工作台上，将所述光轴(3)前端同轴放置于所述齿轮(2)的内孔中，通过压床的压头下压所述光轴(3)的后端面，由位移传感器和压力传感器控制压装过程，使压床的压头下压力保持在30KN±5KN的范围内，直至所述光轴(3)压装至所述齿轮(2)的内孔中。
10.如权利要求6所述的间隙自填充的内花键与光轴过盈连接结构的加工方法，其特征在于：所述步骤四中检测齿轮(2)与光轴(3)装配是否合格的方法是：比较所述齿轮(2)压装前后的螺旋线倾斜偏差fHβ值，若所述齿轮(2)压装前后的螺旋线倾斜偏差fHβ值的变化量不超过3um则合格，反之则不合格。
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2023
- 2023-06-29 CN CN202310779900.XA patent/CN116906533A/zh active Pending
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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